チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置計測装置およびレーザー加工機
【課題】チャックテーブルに保持された被加工物の上面位置を正確に計測することができる高さ位置計測装置を提供する。
【解決手段】高さ位置計測装置は、発光源からの光を第１の偏波保持ファイバーと第２の偏波保持ファイバーに導く光分岐手段と、光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第１のコリメーションレンズと、平行光に形成された光を偏光する１／４波長板と、対物レンズと、第１の反射光と第２の反射光とを平行光に形成する第２のコリメーションレンズと、第１の反射光と第２の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、第１の反射光と第２の反射光との干渉を回折する回折格子と、回折格子によって回折した第１の反射光と第２の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、検出信号に基づいて分光干渉波形を求め分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行する制御手段とを具備している。
【解決手段】高さ位置計測装置は、発光源からの光を第１の偏波保持ファイバーと第２の偏波保持ファイバーに導く光分岐手段と、光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第１のコリメーションレンズと、平行光に形成された光を偏光する１／４波長板と、対物レンズと、第１の反射光と第２の反射光とを平行光に形成する第２のコリメーションレンズと、第１の反射光と第２の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、第１の反射光と第２の反射光との干渉を回折する回折格子と、回折格子によって回折した第１の反射光と第２の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、検出信号に基づいて分光干渉波形を求め分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行する制御手段とを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工機等の加工機に装備されるチャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等の被加工物の高さを計測する高さ位置計測装置およびレーザー加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。
【０００３】
また、光デバイス製造工程においては、サファイア基板や炭化珪素基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された複数のストリートによって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイスウエーハをストリートに沿って切断することにより光デバイスが形成された領域を分割して個々の光デバイスを製造している。
【０００４】
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハを分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）このように被加工物に形成されたストリートに沿って内部に変質層を形成する場合、被加工物の上面から所定の深さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
【０００５】
また、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを分割する方法として、ウエーハに形成されたストリートに沿ってウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）このようにウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にも、ウエーハの所定高さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
【０００６】
しかるに、ウエーハ等の板状の被加工物にはウネリがあり、その厚さにバラツキがあるため、均一なレーザー加工を施すことが難しい。即ち、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を形成する場合、ウエーハの厚さにバラツキがあるとレーザー光線を照射する際に屈折率の関係で所定の深さ位置に均一に変質層を形成することができない。また、ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にもその厚さにバラツキがあると、均一な深さのレーザー加工溝を形成することができない。
【０００７】
上述した問題を解消するために、チャックテーブルに保持されたウエーハ等の被加工物の上面高さを確実に計測することができる高さ位置計測装置が下記特許文献３に開示されている。下記特許文献３に開示された計測装置は、色収差レンズを通過した白色光が波長によって異なる焦点距離を有することを利用して、その反射光によって波長を特定することにより焦点距離を求めるので、チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を正確に計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３４０８８０５号
【特許文献２】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献３】特開２００８−１７０３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
而して、白色光を色収差レンズによって集光すると、光軸上に各波長に対応した集光点が位置付けられるが、波長が長くなるに従って集光レンズの内側 (光軸側)に位置付けられ実質的にNA値が小さくなるため、焦光点がボケて正確な表面高さ位置を検出することができないという問題がある。
【００１０】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、チャックテーブルに保持された半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の被加工物の高さを正確に計測することができる高さ位置計測装置および高さ位置計測装置を装備したレーザー加工機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の位置を検出する被加工物の高さ位置計測装置において、
所定の波長領域を有する光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、該第１の経路に配設され発光源からの光を導く第１の偏波保持ファイバーと、該第２の経路に配設され該第１の偏波保持ファイバーを逆行する反射光を導く第２の偏波保持ファイバーと、該第１の偏波保持ファイバーの端面から光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第１のコリメーションレンズと、該第１のコリメーションレンズによって平行光に形成された光を偏光する１／４波長板と、該１／４波長板を通過した光を該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に導く対物レンズとを具備している検出光照射手段と、
該第１の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第１の反射光と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し該対物レンズと該１／４波長板と該第１のコリメーションレンズと該第１の偏波保持ファイバーおよび該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第２の反射光とを平行光に形成する第２のコリメーションレンズと、
該第２のコリメーションレンズを通過した該第１の反射光と該第２の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、
該光路長調整手段を経由した該第１の反射光と該第２の反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した該第１の反射光と該第２の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、該第１の反射光の第１の光路長と該第２の反射光の第２の光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求める制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置計測装置が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の位置を検出する高さ位置計測装置とを具備し、該レーザー光線照射手段はレーザー光線を発振するレーザー光線発振器と該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光して該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物に照射する集光器とを具備しているレーザー加工機において、
該高さ位置計測装置は、所定の波長領域を有する光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、該第１の経路に配設され発光源からの光を導く第１の偏波保持ファイバーと、該第２の経路に配設され該第１の偏波保持ファイバーを逆行する反射光を導く第２の偏波保持ファイバーと、該第１の偏波保持ファイバーの端面から光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第１のコリメーションレンズと、該第１のコリメーションレンズによって平行光に形成された光を偏光する１／４波長板と、該１／４波長板を通過した光を該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に導く対物レンズとを具備している検出光照射手段と、
該第１の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第１の反射光と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し該対物レンズと該１／４波長板と該第１のコリメーションレンズと該第１の偏波保持ファイバーおよび該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第２の反射光とを平行光に形成する第２のコリメーションレンズと、
該第２のコリメーションレンズを通過した該第１の反射光と該第２の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、
該光路長調整手段を経由した該第１の反射光と該第２の反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した該第１の反射光と該第２の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、該第１の反射光の第１の光路長と該第２の反射光の第２の光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求める制御手段と、を具備し、
該検出光照射手段が該集光器に隣接して配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工機が提供される。
【００１３】
上記レーザー光線照射手段の集光器をチャックテーブルの保持面に対して垂直な集光点位置調整方向に移動せしめる集光点位置調整手段を備えており、上記制御手段は上記第１の反射光の第１の光路長と上記第２の反射光の第２の光路長との光路長差に基づいて集光点位置調整手段を制御する。
上記検出光照射手段は、上記集光器の加工送り方向両側にそれぞれ配設されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によるチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置計測装置は以上のように構成され、イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、光路長調整手段を経由した第１の反射光（第１の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第１の反射光）と第２の反射光（チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し対物レンズと１／４波長板と第１のコリメーションレンズと第１の偏波保持ファイバーおよび光分岐手段を経由して第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第２の反射光）との光路長差を求め、該光路長差に基づいてチャックテーブルの表面からチャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求めるので、チャックテーブルに保持された被加工物の上面位置を正確に計測することができる。
また、本発明によるレーザー加工機は上記高さ位置計測装置を装備しているので、チャックテーブルに保持された被加工物の上面位置を基準とした所定の位置に正確にレーザー加工を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に従って構成されたレーザー加工機の斜視図。
【図２】図1に示すレーザー加工機に装備されるレーザー光線照射手段および高さ位置計測装置のブロック構成図。
【図３】図２に示す高さ位置計測装置を構成する制御手段によって求められる分光干渉波形を示す説明図。
【図４】図２に示す高さ位置計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の表面までの光路長差を示す説明図。
【図５】図２に示す高さ位置計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の表面までの光路長差と被加工物の表面までの光路長差および被加工物の厚みを示す光路長差の説明図。
【図６】図1に示すレーザー加工機によって加工される被加工物としての光デバイスウエーハの斜視図。
【図７】図１に示すレーザー加工機によって図６に示す光デバイスウエーハに変質層を形成するレーザー加工工程の一実施形態を示す説明図。
【図８】図１に示すレーザー加工機によって図６に示す光デバイスウエーハに変質層を形成するレーザー加工工程の他の実施形態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に従って構成されたチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置およびレーザー加工機の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１には、本発明に従って構成されたチャックテーブルに保持された被加工物の位置を計測する計測装置を装備したレーザー加工機の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工機１は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記Ｘ軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線照射ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー照射ユニット５とを具備している。
【００１８】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上にＸ軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にＸ軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上にY軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の上面である保持面上に被加工物である例えば円形形状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
【００１９】
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にＸ軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動せしめられる。
【００２０】
図示の実施形態におけるレーザー加工機１は、上記チャックテーブル３６の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段３７４を備えている。加工送り量検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。この送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示の実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出する。なお、上記加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。
【００２１】
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動せしめられる。
【００２２】
図示の実施形態におけるレーザー加工機１は、上記第２の滑動ブロック３３の割り出し加工送り量を検出するための割り出し送り量検出手段３８４を備えている。割り出し送り量検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設され第２の滑動ブロック３３とともにリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４bとからなっている。この送り量検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出する。なお、上記第１の割り出し送り手段３８の駆動源としてパルスモータ３８２を用いた場合には、パルスモータ３８２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。
【００２３】
上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上にY軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面にZ軸方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿ってY軸方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ネジロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿ってY軸方向に移動せしめられる。
【００２４】
図示の実施形態のおけるレーザー照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられた円筒形状のユニットハウジング５２を具備しており、ユニットホルダ５１が上記可動支持基台４２の装着部４２２に一対の案内レール４２３、４２３に沿って移動可能に配設されている。ユニットホルダ５１に取り付けられたユニットハウジング５２には、図２に示すレーザー光線照射手段６が配設されている。レーザー光線照射手段６は、パルスレーザー光線発振手段６１と、該パルスレーザー光線発振手段６１から発振されたパルスレーザー光線を図２において下方に向けて方向変換する方向変換ミラー６２と、該方向変換ミラー６２によって方向変換されたパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物Wに照射する集光器６３を具備している。パルスレーザー光線発振手段６１は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器６１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段６１２とから構成されており、例えば波長が１０６４nmのパルスレーザー光線を発振する。集光器６３は、パルスレーザー光線発振手段６１から発振されたパルスレーザー光線を集光する集光レンズ６３１と、該集光レンズ６３１を収容するレンズケース６３２とからなっており、このレンズケース６３２はボイスコイルモータやリニアモータ等からなる第１の集光点位置調整手段６４によって図２において上下方向即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直な集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動せしめられるようになっている。この第１の集光点位置調整手段６４は、後述する制御手段によって制御される。
【００２５】
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工機１は、ユニットホルダ５１を可動支持基台４２の装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直な方向に移動させるための第２の集光点位置調整手段５３を具備している。第２の集光点位置調整手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、上記レーザー照射ユニット５を案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することによりレーザー照射ユニット５を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することによりレーザー照射ユニット５を下方に移動するようになっている。
【００２６】
上記レーザー照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２の前端部には、撮像手段６５が配設されている。この撮像手段６５は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
【００２７】
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工機は、チャックテーブルに保持された被加工物の位置を検出する高さ位置計測装置７を具備している。この高さ位置計測装置７について、図２を参照して説明する。
図２に示す高さ位置計測装置７は、所定の波長領域を有する光を発する発光源７１と、該発光源７１からの光をチャックテーブルに保持された被加工物に照射する検出光照射手段７２a、７２bを具備している。上記発光源７１は、例えば波長が８２０〜８７０nm領域の光を発光するLED、SLD、LD、ハロゲン電源、ASE電源、スーパーコンティニアム電源を用いることができる。
【００２８】
上記検出光照射手段７２a、７２bは、それぞれ発光源７１からの光を第１の経路７３a、７３bに導くとともに該第１の経路７３a、７３bを逆行する反射光を第２の経路７４a、７４bに導く光分岐手段７２１a、７２１bと、第１の経路７３a、７３bに配設され発光源７１からの光を導く第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bと、第２の経路７４a、７４bに配設され第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bを逆行する反射光を導く第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３bと、該第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面から光照射光路７５a、７５bに導かれた光を平行光に形成する第１のコリメーションレンズ７２４a、７２４bと、該コリメーションレンズ７２４a、７２４bによって平行光に形成された光を偏光する１／４波長板７２５a、７２５bと、該１／４波長板７２５a、７２５bを通過した光を該チャックテーブル３６の保持面（上面）に保持された被加工物Wの上面に導く対物レンズ７２６a、７２６bとからなっている。この検出光照射手段７２a、７２bを構成する光分岐手段７２１a、７２１bは、偏波保持ファイバーカプラ、偏波保持ファイバーサーキュレーター、シングルモードファイバーカプラ、シングルモードファイバーカプラサーキュレーターなどを用いることができる。上記１／４波長板７２５a、７２５bは、発光源７１からの光の直線偏光を円偏光に、または円偏光を直線偏光に変換する。なお、実施形態においては、１／４波長板７２５a、７２５bは発光源７１からの光の直線偏光を円偏光に偏光する。そして、１／４波長板７２５a、７２５bによって偏光された円偏光の光が被加工物の上面で反射すると円偏光の回転方向が逆転し、１／４波長板７２５a、７２５bを再度通過すると偏光面が９０度回転した直線偏光となる。このように構成された検出光照射手段７２a、７２bは、図１および図２に示すようにレーザー光線照射手段６の集光器６３に近接し加工送り方向（Ｘ軸方向）の両側にそれぞれ配設される。
【００２９】
図２を参照して説明を続けると、上記第２の経路７４a、７４bと光検出光路７７との間には光スイッチ７６が配設されている。この光スイッチ７６は、上記一方の検出光照射手段７２aの第２の偏波保持ファイバー７２３aに導かれた反射光と他方の検出光照射手段７２bの第２の偏波保持ファイバー７２３bに導かれた反射光を切り替えて、いずれか一方を光検出光路７７に導く機能を有し、後述する制御手段によって制御される。
【００３０】
上記光検出光路７７には、光スイッチ７６に接続された第３の偏波保持ファイバー７８と、第２のコリメーションレンズ７９と、光路長調整手段８０と、回折格子８１と、ラインイメージセンサー８２が配設されている。第２のコリメーションレンズ７９は、上記第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面で反射し光分岐手段７２１a、７２１bを経由して第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３bの端面から光検出光路７７に配設された第３の偏波保持ファイバー７８に導かれた第１の反射光（図示の実施形態においては直線偏光）と、チャックテーブル３６の保持面（上面）に保持された被加工物Wの上面で反射し対物レンズ７２６a、７２６bと１／４波長板７２５a、７２５bと第１のコリメーションレンズ７２４a、７２４bと第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bおよび光分岐手段７２１a、７２１bを経由して第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３bの端面から光検出光路７７に配設された第３の偏波保持ファイバー７８に導かれた第２の反射光（図示の実施形態においては第１の反射光の偏光面に対して９０度回転した偏光面を有する直線偏光）とを平行光に形成する。
【００３１】
上記光路長調整手段８０は、上記第２のコリメーションレンズ７９によって平行光に形成された第２の反射光は通過させ第１の反射光は反射する第１のビームスプリッター８０１および第２のビームスプリッター８０２と、上記第１のビームスプリッター８０１によって反射された第１の反射光を方向変換して上記第２のビームスプリッター８０２に導く第１の方向変換ミラー８０３aおよび第２の方向変換ミラー８０３bとからなる方向変換手段８０３とによって構成されている。なお、光路長調整手段８０は、方向変換手段８０３を第１のビームスプリッター８０１および第２のビームスプリッター８０２を通過する光軸に対して直交する矢印で示す方向に移動することにより、上記第１の反射光の光路長を調整することができる。
【００３２】
上記回折格子８１は、上記光路長調整手段８０を経由した上記第１の反射光と第２の反射光との干渉を回折し、各波長に対応する回折信号をラインイメージセンサー８２に送る。上記ラインイメージセンサー８２は、回折格子８１によって回折した反射光の各波長における光強度を検出し、検出信号を制御手段９０に送る。
【００３３】
制御手段９０は、イメージセンサー８２による検出信号から分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、上記第１の反射光の光路長と上記第２の反射光の光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいてチャックテーブル３６の表面からチャックテーブル３６の保持面（上面）に保持された被加工物Wの上面までの距離を求める。即ち、制御手段９０は、イメージセンサー８２からの検出信号に基づいて図３に示すような分光干渉波形を求める。図３において横軸は反射光の波長を示し、縦軸は光強度を示している。
【００３４】
以下、制御手段９０が上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて実行する波形解析の一例について説明する。
上記第１の反射光の光路における第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面から第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２b、光分岐手段７２１a、７２１b、第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３b、第３の偏波保持ファイバー７８、第２のコリメーションレンズ７９、上記光路長調整手段８０の方向変換手段８０３を経由して回折格子８１に至るまでの光路長を（L1）とし、上記第２の反射光の光路におけるチャックテーブル３６の保持面（上面）から対物レンズ７２６a、７２６b、１／４波長板７２５a、７２５b、第１のコリメーションレンズ７２４a、７２４b、第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２b、光分岐手段７２１a、７２１b、第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３b、第３の偏波保持ファイバー７８、第２のコリメーションレンズ７９、光路長調整手段８０の第１のビームスプリッター８０１および第２のビームスプリッター８０２を経由して回折格子８１に至るまでの光路長を（L2）とし、光路長（L1）と光路長（L2）との差を光路長差（L＝L1−L2）とする。なお、図示の実施形態において光路長差（L＝L1−L1）は、例えば５００μmに設定されているものとする。
【００３５】
次に、制御手段９０は、上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行する。この波形解析は、例えばフーリエ変換理論やウエーブレット変換理論に基づいて実行することができるが、以下に述べる実施形態においては下記数式１、数式２、数式３に示すフーリエ変換式を用いた例について説明する。
【００３６】
【数１】
【００３７】
【数２】
【００３８】
【数３】
【００３９】
上記数式において、λは波長、dは上記第１の反射光の光路における第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面から第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２b、光分岐手段７２１a、７２１b、第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３b、第３の偏波保持ファイバー７８、第２のコリメーションレンズ７９、上記光路長調整手段８０の方向変換手段８０３を経由して回折格子８１に至るまでの光路長（L1）と、上記第２の反射光の光路におけるチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物Wの上面から対物レンズ７２６a、７２６b、１／４波長板７２５a、７２５b、第１のコリメーションレンズ７２４a、７２４b、第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２b、光分岐手段７２１a、７２１b、第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３b、第３の偏波保持ファイバー７８、第２のコリメーションレンズ７９、光路長調整手段８０の第１のビームスプリッター８０１および第２のビームスプリッター８０２を経由して回折格子８１に至るまでの光路長（L3）との光路長差（L1−L3）、W(λi)は窓関数である。
上記数式１は、cosの理論波形と上記分光干渉波形（I（λn））との比較で最も波の周期が近い（相関性が高い）、即ち分光干渉波形と理論上の波形関数との相関係数が高い光路長差(d)を求める。また、上記数式２は、sinの理論波形と上記分光干渉波形（I（λn））との比較で最も波の周期が近い（相関性が高い）、即ち分光干渉波形と理論上の波形関数との相関係数が高い光路長差(d)を求める。そして、上記数式３は、数式１の結果と数式２の結果の平均値を求める。
【００４０】
制御手段９０は、上記数式１、数式２、数式３に基づく演算を実行することにより、図４に示すように信号強度が高い光路長差(d)を求める。図４において横軸は光路長差(d)を示し、縦軸は信号強度を示している。図４の(a)は光路長差(d)が６３０μmの場合であり、この場合チャックテーブル３６の保持面（上面）から被加工物Wの上面までの距離は図示の実施形態においては１３０μmである。図４の(b)は光路長差(d)が５８０μmの場合であり、この場合チャックテーブル３６の表面から被加工物Wの表面（上面）までの距離は図示の実施形態においては８０μmである。このように、上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行して光路長差(d)を求めることにより、チャックテーブル３６の保持面（上面）から被加工物Wの上面までの距離を求めることができる。なお、制御手段９０は、上記図４に示す解析結果を表示手段９１に表示する。
【００４１】
上述した実施形態においては、被加工物Wがシリコンウエーハのように上記波長領域の光を透過しない場合について説明したが、次に被加工物Wがサファイアや石英やガラス等の光が透過する材料によって形成されている場合について説明する。
第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面（図２において下面）で反射した第１の反射光（図示の実施形態においては直線偏光）は、直線変更の状態で第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bを逆行して、光分岐手段７２１a、７２１b、第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３b、第３の偏波保持ファイバー７８を経由して第２のコリメーションレンズ７９に導かれる。一方、発光源７１から第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面を通して照射される光（図示の実施形態においては直線偏光）は、１／４波長板７２５a、７２５bによって直線偏光から円偏光に変換される。従って、被加工物Wに照射された円偏光は被加工物Wの上面（表面）で反射する反射光と被加工物Wの下面（裏面）で反射する反射光が生成され、この第２の反射光（図示の実施形態においては回転方向が逆転した円偏光）は対物レンズ７２６a、７２６bを通して１／４波長板７２５a、７２５bを再度通過することにより上記第１の反射光に対して偏光面が９０度回転した直線偏光になる。このようにして１／４波長板７２５a、７２５bを再度通過した第２の反射光は、第１のコリメーションレンズ７２４a、７２４bを経由して第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bを逆行し、光分岐手段７２１a、７２１b、第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３b、第３の偏波保持ファイバー７８を経由して第２のコリメーションレンズ７９に導かれる。なお、上記第１の反射光と偏光面が９０度回転している第２の反射光は、光スイッチ７６によって第２の偏波保持ファイバー７２３aと７２３bのいずれか一方に導かれた第１の反射光および第２の反射光が第３の偏波保持ファイバー７８を経由して第２のコリメーションレンズ７９に導かれる。
【００４２】
このようにして第２のコリメーションレンズ７９に導かれた第１の反射光と第２の反射光は、第２のコリメーションレンズ７９によって平行光に形成され、光路長調整手段８０に導かれる。光路長調整手段８０に導かれた第１の反射光と第２の反射光は、上述したように光路長が調整されて回折格子８１に導かれる。回折格子８１に導かれた第１の反射光と第２の反射光は回折格子８１によって回折され、この回折された回折光がラインイメージセンサー８２に導かれる。そして、ラインイメージセンサー８２は回折格子８１によって回折した反射光の各波長における光強度を検出し、検出信号を制御手段９０に送る。このように第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面（図２において下面）で反射した第１の反射光と、被加工物Wの上面（表面）および下面（裏面）で反射した第２の反射光による分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて上述した波形解析を実行すると、図５に示すように信号強度が高い光路長差(d)が３個求められる。図５において横軸は光路長差(d)を示し、縦軸は信号強度を示している。図５に示す例においては、光路長差(d)が６２０μmの位置と光路長差(d)が５００μmの位置と光路長差(d)が１２０μmの位置で信号強度が高く表されている。光路長差(d)が６２０μmの位置の信号強度(A)は被加工物Wの上面（表面）を表し、この場合チャックテーブル３６の保持面（上面）から被加工物Wの上面（表面）までの距離は図示の実施形態においては１２０μmである。また、光路長差(d)が５００μmの位置の信号強度(B)は被加工物Wの上面（表面）を表し、この場合チャックテーブル３６の保持面（上面）から被加工物Wの上面（表面）までの距離は図示の実施形態においては零（０）である。一方、光路長差(d)が１２０μmの位置の信号強度(C)は被加工物Wの厚みを表しており、被加工物Wの厚みが１２０μmであることが直接求められる。なお、制御手段９０は、上記図５に示す解析結果を表示手段９１に表示する。
【００４３】
図示の実施形態におけるレーザー加工機１は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図６にはレーザー加工される被加工物としての光デバイスウエーハ１０の斜視図が示されている。図６に示す光デバイスウエーハ１０は、厚みが例えば１００μmのサファイアウエーハからなっており、その表面１０ａに窒化ガリウム系化合物半導体からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された複数のストリート１０１によって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイス１０２が形成されている。
【００４４】
上述したレーザー加工機1を用い、上記光デバイスウエーハ１０のストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射し、光デバイスウエーハ１０の内部にストリート１０１に沿って変質層を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。なお、光デバイスウエーハ１０の内部に変質層を形成する際に、光デバイスウエーハ１０の厚さにバラツキがあると、上述したように屈折率の関係で所定の深さに均一に変質層を形成することができない。そこで、レーザー加工を施すに際しては、上述した高さ位置計測装置７によってチャックテーブル３６の保持面に保持された光デバイスウエーハ１０の上面位置を計測しつつレーザー光線を照射する。
即ち、先ず上述した図１に示すレーザー加工機１のチャックテーブル３６の保持面上に光デバイスウエーハ１０の裏面１０ｂを上にして載置し、該チャックテーブル３６の保持面上に光デバイスウエーハ１０を吸引保持する。このようにして光デバイスウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段６５の直下に位置付けられる。
【００４５】
チャックテーブル３６が撮像手段６５の直下に位置付けられると、撮像手段６５および制御手段９０によって光デバイスウエーハ１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段９５および制御手段８は、光デバイスウエーハ１０の所定方向に形成されているストリート１０１と、該ストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射する集光器６３との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、検出位置のアライメントを遂行する。また、光デバイスウエーハ１０に形成されている所定方向と直交する方向に形成されているストリート１０１に対しても、同様に検出位置のアライメントが遂行される。このとき、光デバイスウエーハ１０のストリート１０１が形成されている表面１０ａは下側に位置しているが、光デバイスウエーハ１０を形成するサファイアウエーハは透明体であるため、裏面１０ｂから透かしてストリート１０１を撮像することができる。
【００４６】
以上のようにしてチャックテーブル３６の保持面に保持された光デバイスウエーハ１０に形成されているストリート１０１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、加工送り手段３７および第１の割り出し送り手段３８を作動して図７の(a)で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線照射手段６の集光器６３が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート１０１の一端（図７の（ａ）において左端）を高さ位置計測装置７を構成する一方の検出光照射手段７２aの直下に位置付ける。次に、高さ位置計測装置７を作動するとともに加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６を図７の(a)において矢印Ｘ１で示す加工送り方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。なお、チャックテーブル３６を図７の(a)において矢印Ｘ１で示す加工送り方向に加工送りする際には、制御手段９０は一方の検出光照射手段７２aの第２の偏波保持ファイバー７２３aに導かれた反射光を光検出光路７５に導くように光スイッチ７６を切り替える。このようにして高さ位置計測装置７を作動することにより、上述したように光デバイスウエーハ１０の上面（裏面）における所定のストリート１０１に沿った高さ位置が計測される。そして、制御手段９０は、加工送り量検出手段３７４からの検出信号と高さ位置計測装置７からの計測信号に基づいて、光デバイスウエーハ１０の移動位置に対応する上面（裏面）の高さ位置を上述したように求め、この光デバイスウエーハ１０の移動位置に対応する上面（裏面）の高さ位置を内蔵するメモリに格納する。
【００４７】
次に、制御手段９０は、加工送り量検出手段３７４から送られる検出信号に基づいてチャックテーブル３６のX1で示す方向への移動距離を求める。そして、この移動距離が図７の(b)に示すように一方の検出光照射手段７２aと集光器６２２の中心間距離Sに達したら、制御手段９０は光デバイスウエーハ１０の所定のストリート１０１の一端（図７の（b）において左端）が集光器６３の直下に達したと判断し、レーザー光線照射手段６を作動し集光器６３からパルスレーザー光線を照射する。このとき、制御手段９０は、メモリに格納されたストリート１０１の一端（図７の（b）において左端）の上面（裏面）の高さ位置に基づいて、集光器６３から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pをストリート１０１の上面（裏面）の高さ位置から内部に所定距離（例えば５０μm）の深さ位置に位置付けるように第１の集光点位置調整手段６４を制御する。以後、制御手段９０は、加工送り量検出手段３７４から送られる検出信号と一方の検出光照射手段７２aからの計測信号に基づいて、一方の検出光照射手段７２aと集光器６２２の中心間距離Sだけ遅らせて集光器６３から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pをストリート１０１の上面（裏面）の高さ位置から内部に所定距離（例えば５０μm）の深さ位置に位置付けるように、第１の集光点位置調整手段６４を制御する。そして、図７の(c)で示すように集光器６３の照射位置にストリート１０１の他端（図７の(b)において右端）が達したら、制御手段９０は、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに、チャックテーブル３６の移動を停止する（レーザー加工工程）。この結果、光デバイスウエーハ１０の内部には、図７の(c)で示すように裏面１０b(上面)から所定の深さ位置に裏面１０b(上面)と平行に変質層１１０が形成される。
【００４８】
なお、上記レーザー加工工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー光線 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４レーザー
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ
パルス幅 ：１２０ns
平均出力 ：１．２W
集光スポット径 ：φ２μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
【００４９】
以上のようにして、光デバイスウエーハ１０の所定のストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行したならば、制御手段９０は第１の割り出し送り手段３８を作動してチャックテーブル３６を割り出し送り方向にストリート１０１の間隔だけ割り出し送りするとともに加工送り手段３７を作動して、図８の（ａ）に示すようにストリート１０１の一端（図８の（ａ）において右端）を高さ位置計測装置７を構成する他方の検出光照射手段７２bの直下に位置付ける。次に、高さ位置計測装置７を作動するとともに加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６を図８の(a)および(b)において矢印Ｘ2で示す加工送り方向に所定の加工送り速度で移動し、上述したレーザー加工工程を実施する。そして、図８の(c)で示すように集光器６３の照射位置にストリート１０１の一端（図８の(c)において左端）が達したら、制御手段９０は、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに、チャックテーブル３６の移動を停止する。この結果、光デバイスウエーハ１０の内部には、図８の(c)で示すように裏面１０b(上面)から所定の深さ位置に裏面１０b(上面)と平行に変質層１１０が形成される。なお、チャックテーブル３６を図８の(a)および(b)において矢印Ｘ2で示す加工送り方向に加工送りする際には、制御手段９０は他方の検出光照射手段７２bの第２の偏波保持ファイバー７２３ｂに導かれた反射光を光検出光路７５に導くように光スイッチ７６を切り替える。このように、図示の実施形態におけるレーザー加工機は高さ位置計測装置７を構成する検出光照射手段７２a、７２bがレーザー光線照射手段６の集光器６３に近接し加工送り方向（Ｘ軸方向）の両側にそれぞれ配設されているので、被加工物である光デバイスウエーハ１０を往復加工する際に光デバイスウエーハ１０の上面の高さ位置を計測しつつレーザー加工することができる。
【００５０】
以上のようにして、光デバイスウエーハ１０の所定方向に延在する全てのストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行したならば、チャックテーブル３６を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直交する方向に延びる各ストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行する。このようにして、光デバイスウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行したならば、光デバイスウエーハ１０を保持しているチャックテーブル３６は、最初に光デバイスウエーハ１０を吸引保持した位置に戻され、ここで光デバイスウエーハ１０の吸引保持を解除する。そして、光デバイスウエーハ１０は、図示しない搬送手段によって分割工程に搬送される。
【００５１】
以上、本発明によるチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置計測装置をレーザー加工機に適用した例を示したが、本発明による高さ位置計測装置は切削ブレードを装備した切削加工機等の他の加工機に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３７４：加工送り量検出手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
５：高さ計測兼レーザー照射ユニット
５３：第２の集光点位置調整手段
６：レーザー光線照射手段
６１：パルスレーザー光線発振手段
６３：集光器
６４：第１の集光点位置調整手段
６５：撮像手段
７：高さ位置計測装置
７１：発光源
７２a、７２b：検出光照射手段
７２１a、７２１b：光分岐手段
７２２a、７２２b：第１の偏波保持ファイバー
７２３a、７２３b：第２の偏波保持ファイバー
７２４a、７２４b：第１のコリメーションレンズ
７２５a、７２５b：１／４波長板
７２６a、７２６b：対物レンズ
７６：光スイッチ
７８：第３の偏波保持ファイバー
７９：第２のコリメーションレンズ
８０：光路長調整手段
８１：回折格子
８２：ラインイメージセンサー
９０：制御手段
１０：光デバイスウエーハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー加工機等の加工機に装備されるチャックテーブルに保持された半導体ウエーハ等の被加工物の高さを計測する高さ位置計測装置およびレーザー加工機に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造工程においては、略円板形状である半導体ウエーハの表面に格子状に配列されたストリートと呼ばれる分割予定ラインによって複数の領域が区画され、この区画された領域にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスを形成する。そして、半導体ウエーハをストリートに沿って切断することによりデバイスが形成された領域を分割して個々の半導体デバイスを製造している。
【０００３】
また、光デバイス製造工程においては、サファイア基板や炭化珪素基板の表面に窒化ガリウム系化合物半導体からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された複数のストリートによって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイスを形成して光デバイスウエーハを構成する。そして、光デバイスウエーハをストリートに沿って切断することにより光デバイスが形成された領域を分割して個々の光デバイスを製造している。
【０００４】
上述した半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハをストリートに沿って分割する方法として、ウエーハに対して透過性を有するパルスレーザー光線を用い、分割すべき領域の内部に集光点を合わせてパルスレーザー光線を照射するレーザー加工方法が試みられている。このレーザー加工方法を用いた分割方法は、ウエーハの一方の面側から内部に集光点を合わせてウエーハに対して透過性を有する波長のパルスレーザー光線を照射し、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を連続的に形成し、この変質層が形成されることによって強度が低下したストリートに沿って外力を加えることにより、ウエーハを分割するものである。（例えば、特許文献１参照。）このように被加工物に形成されたストリートに沿って内部に変質層を形成する場合、被加工物の上面から所定の深さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
【０００５】
また、半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等のウエーハを分割する方法として、ウエーハに形成されたストリートに沿ってウエーハに対して吸収性を有する波長のパルスレーザー光線を照射することによりレーザー加工溝を形成し、このレーザー加工溝に沿ってメカニカルブレーキング装置によって割断する方法が提案されている。（例えば、特許文献２参照。）このようにウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にも、ウエーハの所定高さ位置にレーザー光線の集光点を位置付けることが重要である。
【０００６】
しかるに、ウエーハ等の板状の被加工物にはウネリがあり、その厚さにバラツキがあるため、均一なレーザー加工を施すことが難しい。即ち、ウエーハの内部にストリートに沿って変質層を形成する場合、ウエーハの厚さにバラツキがあるとレーザー光線を照射する際に屈折率の関係で所定の深さ位置に均一に変質層を形成することができない。また、ウエーハに形成されたストリートに沿ってレーザー加工溝を形成する場合にもその厚さにバラツキがあると、均一な深さのレーザー加工溝を形成することができない。
【０００７】
上述した問題を解消するために、チャックテーブルに保持されたウエーハ等の被加工物の上面高さを確実に計測することができる高さ位置計測装置が下記特許文献３に開示されている。下記特許文献３に開示された計測装置は、色収差レンズを通過した白色光が波長によって異なる焦点距離を有することを利用して、その反射光によって波長を特定することにより焦点距離を求めるので、チャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置を正確に計測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３４０８８０５号
【特許文献２】特開平１０−３０５４２０号公報
【特許文献３】特開２００８−１７０３６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
而して、白色光を色収差レンズによって集光すると、光軸上に各波長に対応した集光点が位置付けられるが、波長が長くなるに従って集光レンズの内側 (光軸側)に位置付けられ実質的にNA値が小さくなるため、焦光点がボケて正確な表面高さ位置を検出することができないという問題がある。
【００１０】
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、チャックテーブルに保持された半導体ウエーハや光デバイスウエーハ等の被加工物の高さを正確に計測することができる高さ位置計測装置および高さ位置計測装置を装備したレーザー加工機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記主たる技術課題を解決するため、本発明によれば、チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の位置を検出する被加工物の高さ位置計測装置において、
所定の波長領域を有する光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、該第１の経路に配設され発光源からの光を導く第１の偏波保持ファイバーと、該第２の経路に配設され該第１の偏波保持ファイバーを逆行する反射光を導く第２の偏波保持ファイバーと、該第１の偏波保持ファイバーの端面から光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第１のコリメーションレンズと、該第１のコリメーションレンズによって平行光に形成された光を偏光する１／４波長板と、該１／４波長板を通過した光を該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に導く対物レンズとを具備している検出光照射手段と、
該第１の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第１の反射光と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し該対物レンズと該１／４波長板と該第１のコリメーションレンズと該第１の偏波保持ファイバーおよび該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第２の反射光とを平行光に形成する第２のコリメーションレンズと、
該第２のコリメーションレンズを通過した該第１の反射光と該第２の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、
該光路長調整手段を経由した該第１の反射光と該第２の反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した該第１の反射光と該第２の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、該第１の反射光の第１の光路長と該第２の反射光の第２の光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求める制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置計測装置が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の位置を検出する高さ位置計測装置とを具備し、該レーザー光線照射手段はレーザー光線を発振するレーザー光線発振器と該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光して該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物に照射する集光器とを具備しているレーザー加工機において、
該高さ位置計測装置は、所定の波長領域を有する光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、該第１の経路に配設され発光源からの光を導く第１の偏波保持ファイバーと、該第２の経路に配設され該第１の偏波保持ファイバーを逆行する反射光を導く第２の偏波保持ファイバーと、該第１の偏波保持ファイバーの端面から光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第１のコリメーションレンズと、該第１のコリメーションレンズによって平行光に形成された光を偏光する１／４波長板と、該１／４波長板を通過した光を該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に導く対物レンズとを具備している検出光照射手段と、
該第１の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第１の反射光と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し該対物レンズと該１／４波長板と該第１のコリメーションレンズと該第１の偏波保持ファイバーおよび該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第２の反射光とを平行光に形成する第２のコリメーションレンズと、
該第２のコリメーションレンズを通過した該第１の反射光と該第２の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、
該光路長調整手段を経由した該第１の反射光と該第２の反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した該第１の反射光と該第２の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、該第１の反射光の第１の光路長と該第２の反射光の第２の光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求める制御手段と、を具備し、
該検出光照射手段が該集光器に隣接して配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工機が提供される。
【００１３】
上記レーザー光線照射手段の集光器をチャックテーブルの保持面に対して垂直な集光点位置調整方向に移動せしめる集光点位置調整手段を備えており、上記制御手段は上記第１の反射光の第１の光路長と上記第２の反射光の第２の光路長との光路長差に基づいて集光点位置調整手段を制御する。
上記検出光照射手段は、上記集光器の加工送り方向両側にそれぞれ配設されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によるチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置計測装置は以上のように構成され、イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、光路長調整手段を経由した第１の反射光（第１の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第１の反射光）と第２の反射光（チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し対物レンズと１／４波長板と第１のコリメーションレンズと第１の偏波保持ファイバーおよび光分岐手段を経由して第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第２の反射光）との光路長差を求め、該光路長差に基づいてチャックテーブルの表面からチャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求めるので、チャックテーブルに保持された被加工物の上面位置を正確に計測することができる。
また、本発明によるレーザー加工機は上記高さ位置計測装置を装備しているので、チャックテーブルに保持された被加工物の上面位置を基準とした所定の位置に正確にレーザー加工を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に従って構成されたレーザー加工機の斜視図。
【図２】図1に示すレーザー加工機に装備されるレーザー光線照射手段および高さ位置計測装置のブロック構成図。
【図３】図２に示す高さ位置計測装置を構成する制御手段によって求められる分光干渉波形を示す説明図。
【図４】図２に示す高さ位置計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の表面までの光路長差を示す説明図。
【図５】図２に示す高さ位置計測装置を構成する制御手段によって求められる被加工物の表面までの光路長差と被加工物の表面までの光路長差および被加工物の厚みを示す光路長差の説明図。
【図６】図1に示すレーザー加工機によって加工される被加工物としての光デバイスウエーハの斜視図。
【図７】図１に示すレーザー加工機によって図６に示す光デバイスウエーハに変質層を形成するレーザー加工工程の一実施形態を示す説明図。
【図８】図１に示すレーザー加工機によって図６に示す光デバイスウエーハに変質層を形成するレーザー加工工程の他の実施形態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に従って構成されたチャックテーブルに保持された被加工物の計測装置およびレーザー加工機の好適な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１には、本発明に従って構成されたチャックテーブルに保持された被加工物の位置を計測する計測装置を装備したレーザー加工機の斜視図が示されている。図１に示すレーザー加工機１は、静止基台２と、該静止基台２に矢印Ｘで示す加工送り方向（Ｘ軸方向）に移動可能に配設され被加工物を保持するチャックテーブル機構３と、静止基台２に上記Ｘ軸方向と直交する矢印Ｙで示す割り出し送り方向（Y軸方向）に移動可能に配設されたレーザー光線照射ユニット支持機構４と、該レーザー光線照射ユニット支持機構４に矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動可能に配設されたレーザー照射ユニット５とを具備している。
【００１８】
上記チャックテーブル機構３は、静止基台２上にＸ軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール３１、３１と、該案内レール３１、３１上にＸ軸方向に移動可能に配設された第１の滑動ブロック３２と、該第１の滑動ブロック３２上にY軸方向に移動可能に配設された第２の滑動ブロック３３と、該第２の滑動ブロック３３上に円筒部材３４によって支持された支持テーブル３５と、被加工物保持手段としてのチャックテーブル３６を具備している。このチャックテーブル３６は多孔性材料から形成された吸着チャック３６１を具備しており、吸着チャック３６１の上面である保持面上に被加工物である例えば円形形状の半導体ウエーハを図示しない吸引手段によって保持するようになっている。このように構成されたチャックテーブル３６は、円筒部材３４内に配設された図示しないパルスモータによって回転せしめられる。なお、チャックテーブル３６には、半導体ウエーハ等の被加工物を保護テープを介して支持する環状のフレームを固定するためのクランプ３６２が配設されている。
【００１９】
上記第１の滑動ブロック３２は、その下面に上記一対の案内レール３１、３１と嵌合する一対の被案内溝３２１、３２１が設けられているとともに、その上面にＸ軸方向に沿って平行に形成された一対の案内レール３２２、３２２が設けられている。このように構成された第１の滑動ブロック３２は、被案内溝３２１、３２１が一対の案内レール３１、３１に嵌合することにより、一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第１の滑動ブロック３２を一対の案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動させるための加工送り手段３７を具備している。加工送り手段３７は、上記一対の案内レール３１と３１の間に平行に配設された雄ネジロッド３７１と、該雄ネジロッド３７１を回転駆動するためのパルスモータ３７２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３７１は、その一端が上記静止基台２に固定された軸受ブロック３７３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３７２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３７１は、第１の滑動ブロック３２の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３７２によって雄ネジロッド３７１を正転および逆転駆動することにより、第１の滑動ブロック３２は案内レール３１、３１に沿ってＸ軸方向に移動せしめられる。
【００２０】
図示の実施形態におけるレーザー加工機１は、上記チャックテーブル３６の加工送り量を検出するための加工送り量検出手段３７４を備えている。加工送り量検出手段３７４は、案内レール３１に沿って配設されたリニアスケール３７４aと、第１の滑動ブロック３２に配設され第１の滑動ブロック３２とともにリニアスケール３７４aに沿って移動する読み取りヘッド３７４bとからなっている。この送り量検出手段３７４の読み取りヘッド３７４bは、図示の実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出する。なお、上記加工送り手段３７の駆動源としてパルスモータ３７２を用いた場合には、パルスモータ３７２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の加工送り量を検出することもできる。
【００２１】
上記第２の滑動ブロック３３は、その下面に上記第１の滑動ブロック３２の上面に設けられた一対の案内レール３２２、３２２と嵌合する一対の被案内溝３３１、３３１が設けられており、この被案内溝３３１、３３１を一対の案内レール３２２、３２２に嵌合することにより、Y軸方向に移動可能に構成される。図示の実施形態におけるチャックテーブル機構３は、第２の滑動ブロック３３を第１の滑動ブロック３２に設けられた一対の案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動させるための第１の割り出し送り手段３８を具備している。第１の割り出し送り手段３８は、上記一対の案内レール３２２と３２２の間に平行に配設された雄ネジロッド３８１と、該雄ネジロッド３８１を回転駆動するためのパルスモータ３８２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド３８１は、その一端が上記第１の滑動ブロック３２の上面に固定された軸受ブロック３８３に回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ３８２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド３８１は、第２の滑動ブロック３３の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された貫通雌ネジ穴に螺合されている。従って、パルスモータ３８２によって雄ネジロッド３８１を正転および逆転駆動することにより、第２の滑動ブロック３３は案内レール３２２、３２２に沿ってY軸方向に移動せしめられる。
【００２２】
図示の実施形態におけるレーザー加工機１は、上記第２の滑動ブロック３３の割り出し加工送り量を検出するための割り出し送り量検出手段３８４を備えている。割り出し送り量検出手段３８４は、案内レール３２２に沿って配設されたリニアスケール３８４aと、第２の滑動ブロック３３に配設され第２の滑動ブロック３３とともにリニアスケール３８４aに沿って移動する読み取りヘッド３８４bとからなっている。この送り量検出手段３８４の読み取りヘッド３８４bは、図示に実施形態においては1μm毎に１パルスのパルス信号を後述する制御手段に送る。そして後述する制御手段は、入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出する。なお、上記第１の割り出し送り手段３８の駆動源としてパルスモータ３８２を用いた場合には、パルスモータ３８２に駆動信号を出力する後述する制御手段の駆動パルスをカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。また、上記加工送り手段３７の駆動源としてサーボモータを用いた場合には、サーボモータの回転数を検出するロータリーエンコーダが出力するパルス信号を後述する制御手段に送り、制御手段が入力したパルス信号をカウントすることにより、チャックテーブル３６の割り出し送り量を検出することもできる。
【００２３】
上記レーザー光線照射ユニット支持機構４は、静止基台２上にY軸方向に沿って平行に配設された一対の案内レール４１、４１と、該案内レール４１、４１上に矢印Ｙで示す方向に移動可能に配設された可動支持基台４２を具備している。この可動支持基台４２は、案内レール４１、４１上に移動可能に配設された移動支持部４２１と、該移動支持部４２１に取り付けられた装着部４２２とからなっている。装着部４２２は、一側面にZ軸方向に延びる一対の案内レール４２３、４２３が平行に設けられている。図示の実施形態におけるレーザー光線照射ユニット支持機構４は、可動支持基台４２を一対の案内レール４１、４１に沿ってY軸方向に移動させるための第２の割り出し送り手段４３を具備している。第２の割り出し送り手段４３は、上記一対の案内レール４１、４１の間に平行に配設された雄ネジロッド４３１と、該雄ネジロッド４３１を回転駆動するためのパルスモータ４３２等の駆動源を含んでいる。雄ネジロッド４３１は、その一端が上記静止基台２に固定された図示しない軸受ブロックに回転自在に支持されており、その他端が上記パルスモータ４３２の出力軸に伝動連結されている。なお、雄ネジロッド４３１は、可動支持基台４２を構成する移動支持部４２１の中央部下面に突出して設けられた図示しない雌ネジブロックに形成された雌ネジ穴に螺合されている。このため、パルスモータ４３２によって雄ネジロッド４３１を正転および逆転駆動することにより、可動支持基台４２は案内レール４１、４１に沿ってY軸方向に移動せしめられる。
【００２４】
図示の実施形態のおけるレーザー照射ユニット５は、ユニットホルダ５１と、該ユニットホルダ５１に取り付けられた円筒形状のユニットハウジング５２を具備しており、ユニットホルダ５１が上記可動支持基台４２の装着部４２２に一対の案内レール４２３、４２３に沿って移動可能に配設されている。ユニットホルダ５１に取り付けられたユニットハウジング５２には、図２に示すレーザー光線照射手段６が配設されている。レーザー光線照射手段６は、パルスレーザー光線発振手段６１と、該パルスレーザー光線発振手段６１から発振されたパルスレーザー光線を図２において下方に向けて方向変換する方向変換ミラー６２と、該方向変換ミラー６２によって方向変換されたパルスレーザー光線を集光してチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物Wに照射する集光器６３を具備している。パルスレーザー光線発振手段６１は、ＹＡＧレーザー発振器或いはＹＶＯ４レーザー発振器からなるパルスレーザー光線発振器６１１と、これに付設された繰り返し周波数設定手段６１２とから構成されており、例えば波長が１０６４nmのパルスレーザー光線を発振する。集光器６３は、パルスレーザー光線発振手段６１から発振されたパルスレーザー光線を集光する集光レンズ６３１と、該集光レンズ６３１を収容するレンズケース６３２とからなっており、このレンズケース６３２はボイスコイルモータやリニアモータ等からなる第１の集光点位置調整手段６４によって図２において上下方向即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直な集光点位置調整方向（Z軸方向）に移動せしめられるようになっている。この第１の集光点位置調整手段６４は、後述する制御手段によって制御される。
【００２５】
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工機１は、ユニットホルダ５１を可動支持基台４２の装着部４２２に設けられた一対の案内レール４２３、４２３に沿って矢印Ｚで示す集光点位置調整方向（Z軸方向）即ちチャックテーブル３６の保持面に対して垂直な方向に移動させるための第２の集光点位置調整手段５３を具備している。第２の集光点位置調整手段５３は、一対の案内レール４２３、４２３の間に配設された雄ネジロッド（図示せず）と、該雄ネジロッドを回転駆動するためのパルスモータ５３２等の駆動源を含んでおり、パルスモータ５３２によって図示しない雄ネジロッドを正転および逆転駆動することにより、上記レーザー照射ユニット５を案内レール４２３、４２３に沿ってZ軸方向に移動せしめる。なお、図示の実施形態においてはパルスモータ５３２を正転駆動することによりレーザー照射ユニット５を上方に移動し、パルスモータ５３２を逆転駆動することによりレーザー照射ユニット５を下方に移動するようになっている。
【００２６】
上記レーザー照射ユニット５を構成するユニットハウジング５２の前端部には、撮像手段６５が配設されている。この撮像手段６５は、可視光線によって撮像する通常の撮像素子（ＣＣＤ）の外に、被加工物に赤外線を照射する赤外線照明手段と、該赤外線照明手段によって照射された赤外線を捕らえる光学系と、該光学系によって捕らえられた赤外線に対応した電気信号を出力する撮像素子（赤外線ＣＣＤ）等で構成されており、撮像した画像信号を後述する制御手段に送る。
【００２７】
図１に戻って説明を続けると、図示の実施形態におけるレーザー加工機は、チャックテーブルに保持された被加工物の位置を検出する高さ位置計測装置７を具備している。この高さ位置計測装置７について、図２を参照して説明する。
図２に示す高さ位置計測装置７は、所定の波長領域を有する光を発する発光源７１と、該発光源７１からの光をチャックテーブルに保持された被加工物に照射する検出光照射手段７２a、７２bを具備している。上記発光源７１は、例えば波長が８２０〜８７０nm領域の光を発光するLED、SLD、LD、ハロゲン電源、ASE電源、スーパーコンティニアム電源を用いることができる。
【００２８】
上記検出光照射手段７２a、７２bは、それぞれ発光源７１からの光を第１の経路７３a、７３bに導くとともに該第１の経路７３a、７３bを逆行する反射光を第２の経路７４a、７４bに導く光分岐手段７２１a、７２１bと、第１の経路７３a、７３bに配設され発光源７１からの光を導く第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bと、第２の経路７４a、７４bに配設され第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bを逆行する反射光を導く第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３bと、該第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面から光照射光路７５a、７５bに導かれた光を平行光に形成する第１のコリメーションレンズ７２４a、７２４bと、該コリメーションレンズ７２４a、７２４bによって平行光に形成された光を偏光する１／４波長板７２５a、７２５bと、該１／４波長板７２５a、７２５bを通過した光を該チャックテーブル３６の保持面（上面）に保持された被加工物Wの上面に導く対物レンズ７２６a、７２６bとからなっている。この検出光照射手段７２a、７２bを構成する光分岐手段７２１a、７２１bは、偏波保持ファイバーカプラ、偏波保持ファイバーサーキュレーター、シングルモードファイバーカプラ、シングルモードファイバーカプラサーキュレーターなどを用いることができる。上記１／４波長板７２５a、７２５bは、発光源７１からの光の直線偏光を円偏光に、または円偏光を直線偏光に変換する。なお、実施形態においては、１／４波長板７２５a、７２５bは発光源７１からの光の直線偏光を円偏光に偏光する。そして、１／４波長板７２５a、７２５bによって偏光された円偏光の光が被加工物の上面で反射すると円偏光の回転方向が逆転し、１／４波長板７２５a、７２５bを再度通過すると偏光面が９０度回転した直線偏光となる。このように構成された検出光照射手段７２a、７２bは、図１および図２に示すようにレーザー光線照射手段６の集光器６３に近接し加工送り方向（Ｘ軸方向）の両側にそれぞれ配設される。
【００２９】
図２を参照して説明を続けると、上記第２の経路７４a、７４bと光検出光路７７との間には光スイッチ７６が配設されている。この光スイッチ７６は、上記一方の検出光照射手段７２aの第２の偏波保持ファイバー７２３aに導かれた反射光と他方の検出光照射手段７２bの第２の偏波保持ファイバー７２３bに導かれた反射光を切り替えて、いずれか一方を光検出光路７７に導く機能を有し、後述する制御手段によって制御される。
【００３０】
上記光検出光路７７には、光スイッチ７６に接続された第３の偏波保持ファイバー７８と、第２のコリメーションレンズ７９と、光路長調整手段８０と、回折格子８１と、ラインイメージセンサー８２が配設されている。第２のコリメーションレンズ７９は、上記第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面で反射し光分岐手段７２１a、７２１bを経由して第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３bの端面から光検出光路７７に配設された第３の偏波保持ファイバー７８に導かれた第１の反射光（図示の実施形態においては直線偏光）と、チャックテーブル３６の保持面（上面）に保持された被加工物Wの上面で反射し対物レンズ７２６a、７２６bと１／４波長板７２５a、７２５bと第１のコリメーションレンズ７２４a、７２４bと第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bおよび光分岐手段７２１a、７２１bを経由して第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３bの端面から光検出光路７７に配設された第３の偏波保持ファイバー７８に導かれた第２の反射光（図示の実施形態においては第１の反射光の偏光面に対して９０度回転した偏光面を有する直線偏光）とを平行光に形成する。
【００３１】
上記光路長調整手段８０は、上記第２のコリメーションレンズ７９によって平行光に形成された第２の反射光は通過させ第１の反射光は反射する第１のビームスプリッター８０１および第２のビームスプリッター８０２と、上記第１のビームスプリッター８０１によって反射された第１の反射光を方向変換して上記第２のビームスプリッター８０２に導く第１の方向変換ミラー８０３aおよび第２の方向変換ミラー８０３bとからなる方向変換手段８０３とによって構成されている。なお、光路長調整手段８０は、方向変換手段８０３を第１のビームスプリッター８０１および第２のビームスプリッター８０２を通過する光軸に対して直交する矢印で示す方向に移動することにより、上記第１の反射光の光路長を調整することができる。
【００３２】
上記回折格子８１は、上記光路長調整手段８０を経由した上記第１の反射光と第２の反射光との干渉を回折し、各波長に対応する回折信号をラインイメージセンサー８２に送る。上記ラインイメージセンサー８２は、回折格子８１によって回折した反射光の各波長における光強度を検出し、検出信号を制御手段９０に送る。
【００３３】
制御手段９０は、イメージセンサー８２による検出信号から分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、上記第１の反射光の光路長と上記第２の反射光の光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいてチャックテーブル３６の表面からチャックテーブル３６の保持面（上面）に保持された被加工物Wの上面までの距離を求める。即ち、制御手段９０は、イメージセンサー８２からの検出信号に基づいて図３に示すような分光干渉波形を求める。図３において横軸は反射光の波長を示し、縦軸は光強度を示している。
【００３４】
以下、制御手段９０が上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて実行する波形解析の一例について説明する。
上記第１の反射光の光路における第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面から第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２b、光分岐手段７２１a、７２１b、第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３b、第３の偏波保持ファイバー７８、第２のコリメーションレンズ７９、上記光路長調整手段８０の方向変換手段８０３を経由して回折格子８１に至るまでの光路長を（L1）とし、上記第２の反射光の光路におけるチャックテーブル３６の保持面（上面）から対物レンズ７２６a、７２６b、１／４波長板７２５a、７２５b、第１のコリメーションレンズ７２４a、７２４b、第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２b、光分岐手段７２１a、７２１b、第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３b、第３の偏波保持ファイバー７８、第２のコリメーションレンズ７９、光路長調整手段８０の第１のビームスプリッター８０１および第２のビームスプリッター８０２を経由して回折格子８１に至るまでの光路長を（L2）とし、光路長（L1）と光路長（L2）との差を光路長差（L＝L1−L2）とする。なお、図示の実施形態において光路長差（L＝L1−L1）は、例えば５００μmに設定されているものとする。
【００３５】
次に、制御手段９０は、上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行する。この波形解析は、例えばフーリエ変換理論やウエーブレット変換理論に基づいて実行することができるが、以下に述べる実施形態においては下記数式１、数式２、数式３に示すフーリエ変換式を用いた例について説明する。
【００３６】
【数１】
【００３７】
【数２】
【００３８】
【数３】
【００３９】
上記数式において、λは波長、dは上記第１の反射光の光路における第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面から第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２b、光分岐手段７２１a、７２１b、第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３b、第３の偏波保持ファイバー７８、第２のコリメーションレンズ７９、上記光路長調整手段８０の方向変換手段８０３を経由して回折格子８１に至るまでの光路長（L1）と、上記第２の反射光の光路におけるチャックテーブル３６の保持面に保持された被加工物Wの上面から対物レンズ７２６a、７２６b、１／４波長板７２５a、７２５b、第１のコリメーションレンズ７２４a、７２４b、第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２b、光分岐手段７２１a、７２１b、第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３b、第３の偏波保持ファイバー７８、第２のコリメーションレンズ７９、光路長調整手段８０の第１のビームスプリッター８０１および第２のビームスプリッター８０２を経由して回折格子８１に至るまでの光路長（L3）との光路長差（L1−L3）、W(λi)は窓関数である。
上記数式１は、cosの理論波形と上記分光干渉波形（I（λn））との比較で最も波の周期が近い（相関性が高い）、即ち分光干渉波形と理論上の波形関数との相関係数が高い光路長差(d)を求める。また、上記数式２は、sinの理論波形と上記分光干渉波形（I（λn））との比較で最も波の周期が近い（相関性が高い）、即ち分光干渉波形と理論上の波形関数との相関係数が高い光路長差(d)を求める。そして、上記数式３は、数式１の結果と数式２の結果の平均値を求める。
【００４０】
制御手段９０は、上記数式１、数式２、数式３に基づく演算を実行することにより、図４に示すように信号強度が高い光路長差(d)を求める。図４において横軸は光路長差(d)を示し、縦軸は信号強度を示している。図４の(a)は光路長差(d)が６３０μmの場合であり、この場合チャックテーブル３６の保持面（上面）から被加工物Wの上面までの距離は図示の実施形態においては１３０μmである。図４の(b)は光路長差(d)が５８０μmの場合であり、この場合チャックテーブル３６の表面から被加工物Wの表面（上面）までの距離は図示の実施形態においては８０μmである。このように、上記分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行して光路長差(d)を求めることにより、チャックテーブル３６の保持面（上面）から被加工物Wの上面までの距離を求めることができる。なお、制御手段９０は、上記図４に示す解析結果を表示手段９１に表示する。
【００４１】
上述した実施形態においては、被加工物Wがシリコンウエーハのように上記波長領域の光を透過しない場合について説明したが、次に被加工物Wがサファイアや石英やガラス等の光が透過する材料によって形成されている場合について説明する。
第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面（図２において下面）で反射した第１の反射光（図示の実施形態においては直線偏光）は、直線変更の状態で第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bを逆行して、光分岐手段７２１a、７２１b、第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３b、第３の偏波保持ファイバー７８を経由して第２のコリメーションレンズ７９に導かれる。一方、発光源７１から第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面を通して照射される光（図示の実施形態においては直線偏光）は、１／４波長板７２５a、７２５bによって直線偏光から円偏光に変換される。従って、被加工物Wに照射された円偏光は被加工物Wの上面（表面）で反射する反射光と被加工物Wの下面（裏面）で反射する反射光が生成され、この第２の反射光（図示の実施形態においては回転方向が逆転した円偏光）は対物レンズ７２６a、７２６bを通して１／４波長板７２５a、７２５bを再度通過することにより上記第１の反射光に対して偏光面が９０度回転した直線偏光になる。このようにして１／４波長板７２５a、７２５bを再度通過した第２の反射光は、第１のコリメーションレンズ７２４a、７２４bを経由して第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bを逆行し、光分岐手段７２１a、７２１b、第２の偏波保持ファイバー７２３a、７２３b、第３の偏波保持ファイバー７８を経由して第２のコリメーションレンズ７９に導かれる。なお、上記第１の反射光と偏光面が９０度回転している第２の反射光は、光スイッチ７６によって第２の偏波保持ファイバー７２３aと７２３bのいずれか一方に導かれた第１の反射光および第２の反射光が第３の偏波保持ファイバー７８を経由して第２のコリメーションレンズ７９に導かれる。
【００４２】
このようにして第２のコリメーションレンズ７９に導かれた第１の反射光と第２の反射光は、第２のコリメーションレンズ７９によって平行光に形成され、光路長調整手段８０に導かれる。光路長調整手段８０に導かれた第１の反射光と第２の反射光は、上述したように光路長が調整されて回折格子８１に導かれる。回折格子８１に導かれた第１の反射光と第２の反射光は回折格子８１によって回折され、この回折された回折光がラインイメージセンサー８２に導かれる。そして、ラインイメージセンサー８２は回折格子８１によって回折した反射光の各波長における光強度を検出し、検出信号を制御手段９０に送る。このように第１の偏波保持ファイバー７２２a、７２２bの端面（図２において下面）で反射した第１の反射光と、被加工物Wの上面（表面）および下面（裏面）で反射した第２の反射光による分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて上述した波形解析を実行すると、図５に示すように信号強度が高い光路長差(d)が３個求められる。図５において横軸は光路長差(d)を示し、縦軸は信号強度を示している。図５に示す例においては、光路長差(d)が６２０μmの位置と光路長差(d)が５００μmの位置と光路長差(d)が１２０μmの位置で信号強度が高く表されている。光路長差(d)が６２０μmの位置の信号強度(A)は被加工物Wの上面（表面）を表し、この場合チャックテーブル３６の保持面（上面）から被加工物Wの上面（表面）までの距離は図示の実施形態においては１２０μmである。また、光路長差(d)が５００μmの位置の信号強度(B)は被加工物Wの上面（表面）を表し、この場合チャックテーブル３６の保持面（上面）から被加工物Wの上面（表面）までの距離は図示の実施形態においては零（０）である。一方、光路長差(d)が１２０μmの位置の信号強度(C)は被加工物Wの厚みを表しており、被加工物Wの厚みが１２０μmであることが直接求められる。なお、制御手段９０は、上記図５に示す解析結果を表示手段９１に表示する。
【００４３】
図示の実施形態におけるレーザー加工機１は以上のように構成されており、以下その作用について説明する。
図６にはレーザー加工される被加工物としての光デバイスウエーハ１０の斜視図が示されている。図６に示す光デバイスウエーハ１０は、厚みが例えば１００μmのサファイアウエーハからなっており、その表面１０ａに窒化ガリウム系化合物半導体からなる光デバイス層が積層され格子状に形成された複数のストリート１０１によって区画された複数の領域に発光ダイオード、レーザーダイオード等の光デバイス１０２が形成されている。
【００４４】
上述したレーザー加工機1を用い、上記光デバイスウエーハ１０のストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射し、光デバイスウエーハ１０の内部にストリート１０１に沿って変質層を形成するレーザー加工の実施形態について説明する。なお、光デバイスウエーハ１０の内部に変質層を形成する際に、光デバイスウエーハ１０の厚さにバラツキがあると、上述したように屈折率の関係で所定の深さに均一に変質層を形成することができない。そこで、レーザー加工を施すに際しては、上述した高さ位置計測装置７によってチャックテーブル３６の保持面に保持された光デバイスウエーハ１０の上面位置を計測しつつレーザー光線を照射する。
即ち、先ず上述した図１に示すレーザー加工機１のチャックテーブル３６の保持面上に光デバイスウエーハ１０の裏面１０ｂを上にして載置し、該チャックテーブル３６の保持面上に光デバイスウエーハ１０を吸引保持する。このようにして光デバイスウエーハ１０を吸引保持したチャックテーブル３６は、加工送り手段３７によって撮像手段６５の直下に位置付けられる。
【００４５】
チャックテーブル３６が撮像手段６５の直下に位置付けられると、撮像手段６５および制御手段９０によって光デバイスウエーハ１０のレーザー加工すべき加工領域を検出するアライメント作業を実行する。即ち、撮像手段９５および制御手段８は、光デバイスウエーハ１０の所定方向に形成されているストリート１０１と、該ストリート１０１に沿ってレーザー光線を照射する集光器６３との位置合わせを行うためのパターンマッチング等の画像処理を実行し、検出位置のアライメントを遂行する。また、光デバイスウエーハ１０に形成されている所定方向と直交する方向に形成されているストリート１０１に対しても、同様に検出位置のアライメントが遂行される。このとき、光デバイスウエーハ１０のストリート１０１が形成されている表面１０ａは下側に位置しているが、光デバイスウエーハ１０を形成するサファイアウエーハは透明体であるため、裏面１０ｂから透かしてストリート１０１を撮像することができる。
【００４６】
以上のようにしてチャックテーブル３６の保持面に保持された光デバイスウエーハ１０に形成されているストリート１０１を検出し、レーザー光線照射位置のアライメントが行われたならば、加工送り手段３７および第１の割り出し送り手段３８を作動して図７の(a)で示すようにチャックテーブル３６をレーザー光線照射手段６の集光器６３が位置するレーザー光線照射領域に移動し、所定のストリート１０１の一端（図７の（ａ）において左端）を高さ位置計測装置７を構成する一方の検出光照射手段７２aの直下に位置付ける。次に、高さ位置計測装置７を作動するとともに加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６を図７の(a)において矢印Ｘ１で示す加工送り方向に所定の加工送り速度で移動せしめる。なお、チャックテーブル３６を図７の(a)において矢印Ｘ１で示す加工送り方向に加工送りする際には、制御手段９０は一方の検出光照射手段７２aの第２の偏波保持ファイバー７２３aに導かれた反射光を光検出光路７５に導くように光スイッチ７６を切り替える。このようにして高さ位置計測装置７を作動することにより、上述したように光デバイスウエーハ１０の上面（裏面）における所定のストリート１０１に沿った高さ位置が計測される。そして、制御手段９０は、加工送り量検出手段３７４からの検出信号と高さ位置計測装置７からの計測信号に基づいて、光デバイスウエーハ１０の移動位置に対応する上面（裏面）の高さ位置を上述したように求め、この光デバイスウエーハ１０の移動位置に対応する上面（裏面）の高さ位置を内蔵するメモリに格納する。
【００４７】
次に、制御手段９０は、加工送り量検出手段３７４から送られる検出信号に基づいてチャックテーブル３６のX1で示す方向への移動距離を求める。そして、この移動距離が図７の(b)に示すように一方の検出光照射手段７２aと集光器６２２の中心間距離Sに達したら、制御手段９０は光デバイスウエーハ１０の所定のストリート１０１の一端（図７の（b）において左端）が集光器６３の直下に達したと判断し、レーザー光線照射手段６を作動し集光器６３からパルスレーザー光線を照射する。このとき、制御手段９０は、メモリに格納されたストリート１０１の一端（図７の（b）において左端）の上面（裏面）の高さ位置に基づいて、集光器６３から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pをストリート１０１の上面（裏面）の高さ位置から内部に所定距離（例えば５０μm）の深さ位置に位置付けるように第１の集光点位置調整手段６４を制御する。以後、制御手段９０は、加工送り量検出手段３７４から送られる検出信号と一方の検出光照射手段７２aからの計測信号に基づいて、一方の検出光照射手段７２aと集光器６２２の中心間距離Sだけ遅らせて集光器６３から照射されるパルスレーザー光線の集光点Pをストリート１０１の上面（裏面）の高さ位置から内部に所定距離（例えば５０μm）の深さ位置に位置付けるように、第１の集光点位置調整手段６４を制御する。そして、図７の(c)で示すように集光器６３の照射位置にストリート１０１の他端（図７の(b)において右端）が達したら、制御手段９０は、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに、チャックテーブル３６の移動を停止する（レーザー加工工程）。この結果、光デバイスウエーハ１０の内部には、図７の(c)で示すように裏面１０b(上面)から所定の深さ位置に裏面１０b(上面)と平行に変質層１１０が形成される。
【００４８】
なお、上記レーザー加工工程における加工条件は、例えば次のように設定されている。
レーザー光線 ：ＬＤ励起ＱスイッチＮｄ：ＹＶＯ４レーザー
波長 ：１０６４ｎｍのパルスレーザー
繰り返し周波数 ：８０ｋＨｚ
パルス幅 ：１２０ns
平均出力 ：１．２W
集光スポット径 ：φ２μｍ
加工送り速度 ：１００ｍｍ／秒
【００４９】
以上のようにして、光デバイスウエーハ１０の所定のストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行したならば、制御手段９０は第１の割り出し送り手段３８を作動してチャックテーブル３６を割り出し送り方向にストリート１０１の間隔だけ割り出し送りするとともに加工送り手段３７を作動して、図８の（ａ）に示すようにストリート１０１の一端（図８の（ａ）において右端）を高さ位置計測装置７を構成する他方の検出光照射手段７２bの直下に位置付ける。次に、高さ位置計測装置７を作動するとともに加工送り手段３７を作動してチャックテーブル３６を図８の(a)および(b)において矢印Ｘ2で示す加工送り方向に所定の加工送り速度で移動し、上述したレーザー加工工程を実施する。そして、図８の(c)で示すように集光器６３の照射位置にストリート１０１の一端（図８の(c)において左端）が達したら、制御手段９０は、パルスレーザー光線の照射を停止するとともに、チャックテーブル３６の移動を停止する。この結果、光デバイスウエーハ１０の内部には、図８の(c)で示すように裏面１０b(上面)から所定の深さ位置に裏面１０b(上面)と平行に変質層１１０が形成される。なお、チャックテーブル３６を図８の(a)および(b)において矢印Ｘ2で示す加工送り方向に加工送りする際には、制御手段９０は他方の検出光照射手段７２bの第２の偏波保持ファイバー７２３ｂに導かれた反射光を光検出光路７５に導くように光スイッチ７６を切り替える。このように、図示の実施形態におけるレーザー加工機は高さ位置計測装置７を構成する検出光照射手段７２a、７２bがレーザー光線照射手段６の集光器６３に近接し加工送り方向（Ｘ軸方向）の両側にそれぞれ配設されているので、被加工物である光デバイスウエーハ１０を往復加工する際に光デバイスウエーハ１０の上面の高さ位置を計測しつつレーザー加工することができる。
【００５０】
以上のようにして、光デバイスウエーハ１０の所定方向に延在する全てのストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行したならば、チャックテーブル３６を９０度回動せしめて、上記所定方向に対して直交する方向に延びる各ストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行する。このようにして、光デバイスウエーハ１０に形成された全てのストリート１０１に沿って上記レーザー加工工程を実行したならば、光デバイスウエーハ１０を保持しているチャックテーブル３６は、最初に光デバイスウエーハ１０を吸引保持した位置に戻され、ここで光デバイスウエーハ１０の吸引保持を解除する。そして、光デバイスウエーハ１０は、図示しない搬送手段によって分割工程に搬送される。
【００５１】
以上、本発明によるチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置計測装置をレーザー加工機に適用した例を示したが、本発明による高さ位置計測装置は切削ブレードを装備した切削加工機等の他の加工機に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
２：静止基台
３：チャックテーブル機構
３６：チャックテーブル
３７：加工送り手段
３７４：加工送り量検出手段
３８：第１の割り出し送り手段
４：レーザー光線照射ユニット支持機構
４２：可動支持基台
４３：第２の割り出し送り手段
５：高さ計測兼レーザー照射ユニット
５３：第２の集光点位置調整手段
６：レーザー光線照射手段
６１：パルスレーザー光線発振手段
６３：集光器
６４：第１の集光点位置調整手段
６５：撮像手段
７：高さ位置計測装置
７１：発光源
７２a、７２b：検出光照射手段
７２１a、７２１b：光分岐手段
７２２a、７２２b：第１の偏波保持ファイバー
７２３a、７２３b：第２の偏波保持ファイバー
７２４a、７２４b：第１のコリメーションレンズ
７２５a、７２５b：１／４波長板
７２６a、７２６b：対物レンズ
７６：光スイッチ
７８：第３の偏波保持ファイバー
７９：第２のコリメーションレンズ
８０：光路長調整手段
８１：回折格子
８２：ラインイメージセンサー
９０：制御手段
１０：光デバイスウエーハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の位置を検出する被加工物の高さ位置計測装置において、
所定の波長領域を有する光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、該第１の経路に配設され発光源からの光を導く第１の偏波保持ファイバーと、該第２の経路に配設され該第１の偏波保持ファイバーを逆行する反射光を導く第２の偏波保持ファイバーと、該第１の偏波保持ファイバーの端面から光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第１のコリメーションレンズと、該第１のコリメーションレンズによって平行光に形成された光を偏光する１／４波長板と、該１／４波長板を通過した光を該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に導く対物レンズとを具備している検出光照射手段と、
該第１の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第１の反射光と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し該対物レンズと該１／４波長板と該第１のコリメーションレンズと該第１の偏波保持ファイバーおよび該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第２の反射光とを平行光に形成する第２のコリメーションレンズと、
該第２のコリメーションレンズを通過した該第１の反射光と該第２の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、
該光路長調整手段を経由した該第１の反射光と該第２の反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した該第１の反射光と該第２の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、該第１の反射光の第１の光路長と該第２の反射光の第２の光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求める制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置計測装置。
【請求項２】
被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の位置を検出する高さ位置計測装置とを具備し、該レーザー光線照射手段はレーザー光線を発振するレーザー光線発振器と該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光して該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物に照射する集光器とを具備しているレーザー加工機において、
該高さ位置計測装置は、所定の波長領域を有する光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、該第１の経路に配設され発光源からの光を導く第１の偏波保持ファイバーと、該第２の経路に配設され該第１の偏波保持ファイバーを逆行する反射光を導く第２の偏波保持ファイバーと、該第１の偏波保持ファイバーの端面から光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第１のコリメーションレンズと、該第１のコリメーションレンズによって平行光に形成された光を偏光する１／４波長板と、該１／４波長板を通過した光を該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に導く対物レンズとを具備している検出光照射手段と、
該第１の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第１の反射光と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し該対物レンズと該１／４波長板と該第１のコリメーションレンズと該第１の偏波保持ファイバーおよび該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第２の反射光とを平行光に形成する第２のコリメーションレンズと、
該第２のコリメーションレンズを通過した該第１の反射光と該第２の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、
該光路長調整手段を経由した該第１の反射光と該第２の反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した該第１の反射光と該第２の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、該第１の反射光の第１の光路長と該第２の反射光の第２の光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求める制御手段と、を具備し、
該検出光照射手段が該集光器に隣接して配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工機。
【請求項３】
該レーザー光線照射手段の該集光器を該チャックテーブルの保持面に対して垂直な集光点位置調整方向に移動せしめる集光点位置調整手段を備えており、
該制御手段は、該第１の反射光の第１の光路長と該第２の反射光の第２の光路長との光路長差に基づいて該集光点位置調整手段を制御する、請求項２記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
該検出光照射手段は、該集光器の加工送り方向両側にそれぞれ配設されている、請求項２又は３記載のレーザー加工装置。
【請求項１】
チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の位置を検出する被加工物の高さ位置計測装置において、
所定の波長領域を有する光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、該第１の経路に配設され発光源からの光を導く第１の偏波保持ファイバーと、該第２の経路に配設され該第１の偏波保持ファイバーを逆行する反射光を導く第２の偏波保持ファイバーと、該第１の偏波保持ファイバーの端面から光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第１のコリメーションレンズと、該第１のコリメーションレンズによって平行光に形成された光を偏光する１／４波長板と、該１／４波長板を通過した光を該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に導く対物レンズとを具備している検出光照射手段と、
該第１の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第１の反射光と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し該対物レンズと該１／４波長板と該第１のコリメーションレンズと該第１の偏波保持ファイバーおよび該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第２の反射光とを平行光に形成する第２のコリメーションレンズと、
該第２のコリメーションレンズを通過した該第１の反射光と該第２の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、
該光路長調整手段を経由した該第１の反射光と該第２の反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した該第１の反射光と該第２の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、該第１の反射光の第１の光路長と該第２の反射光の第２の光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求める制御手段と、を具備している、
ことを特徴とするチャックテーブルに保持された被加工物の高さ位置計測装置。
【請求項２】
被加工物を保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物にレーザー光線を照射するレーザー光線照射手段と、該チャックテーブルと該レーザー光線照射手段とを加工送り方向に相対的に移動せしめる加工送り手段と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の位置を検出する高さ位置計測装置とを具備し、該レーザー光線照射手段はレーザー光線を発振するレーザー光線発振器と該レーザー光線発振器から発振されたレーザー光線を集光して該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物に照射する集光器とを具備しているレーザー加工機において、
該高さ位置計測装置は、所定の波長領域を有する光を発する発光源と、
該発光源からの光を第１の経路に導くとともに該第１の経路を逆行する反射光を第２の経路に導く光分岐手段と、該第１の経路に配設され発光源からの光を導く第１の偏波保持ファイバーと、該第２の経路に配設され該第１の偏波保持ファイバーを逆行する反射光を導く第２の偏波保持ファイバーと、該第１の偏波保持ファイバーの端面から光照射光路に導かれた光を平行光に形成する第１のコリメーションレンズと、該第１のコリメーションレンズによって平行光に形成された光を偏光する１／４波長板と、該１／４波長板を通過した光を該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物の上面に導く対物レンズとを具備している検出光照射手段と、
該第１の偏波保持ファイバーの端面で反射し該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第１の反射光と、該チャックテーブルの保持面に保持された被加工物で反射し該対物レンズと該１／４波長板と該第１のコリメーションレンズと該第１の偏波保持ファイバーおよび該光分岐手段を経由して該第２の偏波保持ファイバーの端面から光検出光路に導かれた第２の反射光とを平行光に形成する第２のコリメーションレンズと、
該第２のコリメーションレンズを通過した該第１の反射光と該第２の反射光との光路長を調整する光路長調整手段と、
該光路長調整手段を経由した該第１の反射光と該第２の反射光との干渉を回折する回折格子と、
該回折格子によって回折した該第１の反射光と該第２の反射光の所定の波長域における光強度を検出するイメージセンサーと、
該イメージセンサーからの検出信号に基づいて分光干渉波形を求め、該分光干渉波形と理論上の波形関数に基づいて波形解析を実行し、該第１の反射光の第１の光路長と該第２の反射光の第２の光路長との光路長差を求め、該光路長差に基づいて該チャックテーブルの表面から該チャックテーブルに保持された被加工物の上面までの距離を求める制御手段と、を具備し、
該検出光照射手段が該集光器に隣接して配設されている、
ことを特徴とするレーザー加工機。
【請求項３】
該レーザー光線照射手段の該集光器を該チャックテーブルの保持面に対して垂直な集光点位置調整方向に移動せしめる集光点位置調整手段を備えており、
該制御手段は、該第１の反射光の第１の光路長と該第２の反射光の第２の光路長との光路長差に基づいて該集光点位置調整手段を制御する、請求項２記載のレーザー加工装置。
【請求項４】
該検出光照射手段は、該集光器の加工送り方向両側にそれぞれ配設されている、請求項２又は３記載のレーザー加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２３７３４８（Ｐ２０１１−２３７３４８Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１０４９３（Ｐ２０１０−１１０４９３）
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００１３４０５１）株式会社ディスコ (2,397)
【Ｆターム（参考）】
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